Il\tfPLÉMENTATION D'UN SYSTÈME TUTORIEL I TELLIGENT DE TYPE JEU SÉRIEUX POUR L'APPRE TISSAGE DES PRATIQUES
SÉCURITAIRES
MÉl\tfOIRE PRÉSENTÉ
COMME EXIGENCE PARTIELLE
DE LA MAÎTRISE EN INFORMATIQUE
PAR
JOEL ARTHUR KAROL DJEUMO
,-UNIVERSITÉ DU QUÉBEC À MONTRÉAL Service des bibliothèques
Avertissement
La diffusion de ce mémoire se fait dans le respect des droits de son auteur, qui a signé le formulaire Autorisation de reproduire et de diffuser un travail de recherche de cycles supérieurs (SDU-522 - Rév.1 0-2015). Cette autorisation stipule que «conformément à l'article 11 du Règlement no 8 des études de cycles supérieurs, [l'auteur] concède
à
l'Université du Québecà
Montréal une licence non exclusive d'utilisation et de publication de la totalité ou d'une partie importante de [son] travail de recherche pour des fins pédagogiques et non commerciales. Plus précisément, [l'auteur] autorise l'Université du Québec à Montréal à reproduire, diffuser, prêter, distribuer ou vendre des copies de [son] travail de recherche à des fins non commerciales sur quelque support que ce soit, y compris l'Internet. Cette licence et cette autorisation n'entraînent pas une renonciation de [la] part [de l'auteur] à [ses] droits moraux ni à [ses] droits de propriété intellectuelle. Sauf entente contraire, [l'auteur] conserve la liberté de diffuser et de commercialiser ou non ce travail dont [il] possède un exemplaire.»J'aimerais remercier toutes les personnes qui, de près ou de loin, ont contribué à la réalisation de mon projet de maîtrise et à l'élaboration de ce mémoire.
J'exprime ma reconnaissance et ma gratitude à 1 endroit de Monsieur Roger Nkambou pour la direction de mon travail. Je le remercie pour sa confiance, son soutien, ses encouragements, sa disponibilité et son écoute. C'est grâce à son implication et ses judicieux conseils que ce mémoire a pu être complété.
Merci à 1onsieur Petko Valtchev, directeur du laboratoire GDAC, qui a tou-jours su répondre aux besoins visant à créer un cadre favorable au bon déroulement de mon projet de maîtrise.
Ivies remerciements s'adressent également à Messieurs I\1arcus 1v1orin et J éré-my Blain du Service de la prévention et de la sécurité de l :UQAM, pour leur disponibilité et leur aide inestimable.
Je remercie mes amis et mes collègues du laboratoire GDAC : Ange, pour sa grande contribution dans ce projet, Harold, Patrick, Nancy, Pamela, Rahma et Amani pour leur soutien.
Enfin, j 'adr ss mes plus sincères remerciements à mon frère aîné, Ala in-Thierry, mes parents, Fidèle et Monique, mes autres frère et soeurs, Willy, Iellie Val rie Arl tte t Elvire pour leurs encouragements et leur soutien indéfectible tout au long de la réalisation de ce projet.
LISTE DES FIGURES LISTE DES TABLEAUX
LISTE DES ABRÉVIATIONS, SIGLES ET ACRONYMES RÉSUMÉ . . .
I ITRODUCTION
0.1 Contexte et problémabque . 0.2 Hyphotèse de recherche . 0.3 Objectifs . . . 0.4 Méthodologie 0.4.1 Conception 0.4.2 Implémentation 0.5 Plan du mémoire CHAPITRE I
LES JEUX SÉRIEUX
1.1 La notion d jeu sérieux 1.1.1 Origine et définition 1.1.2 Caractéristiques des jeux . 1.1.3 Avantages des jeux sérieux .
1.1.4 L'apprentissage dans les jeux sérieux 1.1.5 Domaines d'application
1.2 Classification des jeux sérieux . 1.2.1 L'aspect tactique ( Gameplay) 1.2.2 L'utilité (Purpose)
1.2.3 La portée (Scope) .
ix Xl Xlll xv 1 2 6 7 8 8 9 10 11 11 11 13 16 17 19 20 20 21 21
1.3 Jeux sérieux et éducation
1.3.1 Concepts reliés aux jeux sérieux 1.3.2 Impact des jeux sérieux sur le joueur
1.3.3 Pourquoi utiliser les jeux sérieux pour l'apprentissage? 1.3.4 Comment concevoir un jeu éducatif de qualité? . . 1.4 Plateformes et périphériques d'entrée pour les jeux sérieux 1.5 Le futur des jeux sérieux . . . 0 • • • • • • •
CHAPITRE II
LES SYSTÈMES TUTORIELS INTELLIGENTS 2.1 La notion de système tutoriel intelligent
2 .1.1 Historique et défini ti on . . 2.1.2 Les composants d'un STI CHAPITRE III
ARCHITECTURE DU STI DE TYPE JEU SÉRIEUX PRAT'SÉCURITAIRES
• 0 3.1 Composantes
3.1.1 Modèle Apprenant 3.1.2 Modèle Tuteur 3.1.3 Modèle Expert 3.1.4 Interface utilisateur . 3.2 Architecture fonctionnelle
3.2.1 Architecture interne
3.2.2 Cycle de fonctionnement de Prat'Sécuritaircs 3.3 Éléments conceptuels .
3.3.1 Modélisation du domaine 3.3.2 Modélisation de l'apprenant 3.3.3 Règles tutorielles
3.4 Méthodologie du projet . 23 23 25 27 29 33 34 37 37 38 39 47 48 48 51 52 54 54 54 56 59 59 61 71 74
30401 Gestion du projet 0 0 0 0 0 0 0 30402 Acquisition des connaissances CHAPITRE IV
IMPLÉME TATIO DE PRAT'SÉCURITAIRES
4 01 Choix techniques d'implémentation 0 0 0 ° 0 °
74
77
87 87 401.1 SketchUp pour la modélisation de l'environnement de test 87 401.2 Unity3D pour l'interface (environnement de jeu 3D) 0 88
401.3 JESS pour les règles 89
402 Architecture fonctionnelle 0 403 Algorithmes et interactions
40301 Algorithme de gestion du réseau bayésien
40302 Interaction Apprenant-Environnement : Perspective Tierce Pe
r-sonne . 0 0 . 0 0 . 0 . 0 0 0 0 0
40303 Interactions Apprenant-Tuteur
404 Résultats d'implémentation ° 0 0 0 0 °
40401 Le Tuteur : Approche de Coaching
40402 L'interface utilisateur 0 40403 Hiérarchie modulaire 40404 Interface générique 0 4.405 Difficultés rencontrées
CHAPITRE V
VERS UNE ÉVALUATIO DE PRAT'SÉCURITAIRES 501 Évaluation des systèmes tutoriels intelligents . 502 Évaluation des jeux sérieux 0 0 0 0 0 0 0 0 503 Approche d'évaluation de Prat'Sécuritaires 50301 Évaluation du module expert 0 ° 0 50302 Évaluation du modèle pédagogique
50303 Évaluation des composantes de communication
90
92
93
93
94
95 95 98101
102
103
107
108
109
112 112 113 115CO ICLUSION .. 117 APPENDICE A
CYCLE DE VIE D'UN SPRINT SCRUM .. 121
APPE IDICE B
MATRICE TECH IQUE D'ÉLICITATION/DOMAINE PROBLÈME 123
APPE DICE C
RÉSEAU BAYÉSIE DE PRAT'SÉCURITAIRES . . . . . . . . 125 APPE IDICE D
EXEMPLES D'UTILISATION DE JESS DA S PRAT'SÉCURITAIRES 131 APPENDICE E
EXEMPLE D'UTILISATION DES BIBLIOTHÈQUES JAYES ET JAVA DA IS PRAT'SÉCURITAIRES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 APPE DICE F
QUELQUES CRITÈRES D'ÉVALUATIO DES JEUX SÉRIEUX 137
APPE DICE G
ÉVALUATIO_J DES ATTRIBUTS DES JEUX SÉRIEUX 139
Figure
1.1 Représentation du modèle G /P /S. . . . . . . . . . . . . 1.2 Relations entre jeux sérieux et concepts éducatifs similaires. 2.1 Architecture générale d'un STI. . . . .
Page 22 25 39 2.2 Diagramme comparatif des méthodes de modélisation de l'expert. 41 2.3 Les variantes du modèle « Overlay». . . . . . . 44 3.1 Modèle de l'apprenant dans Prat'Sécuritaires. 49 3.2 Représentation des connaissances de l'apprenant (modèle Overlay). 50 3.3 Modèle tuteur dans Prat'Sécuritaires. . . 51
3.4 Le modèle expert dans Prat'Sécuritaires. 53
3.5 L'architecture interne de Prat'Sécuritaires. 55
3.6 Exemple de graphe de tâches dans Prat'Sécuritaires. . 58 3. 7 Exemple de réseau bayésien. . . . . . . . . . . . . . . 64 3.8 Exemple de réseau bayésien extrait du modèle de Prat'Sécuritaires. 65
3.9 Étapes de développement d'un SBC. 81
3.10 Phases d'acquisition des connaissances.
4.1 Architecture fonctionnelle de Prat'Sécuritaires . . 4.2 La perspective tierce-personne dans Prat'Sécuritaires. 4.3 Le joueur sollicite l'aide du tuteur en début de partie. 4.4 Le joueur sollicite un indice de la part du tuteur. 4.5 Le tuteur félicite le joueur pour une bonne action.
84
91
9496
96
97
4.6 Le tuteur fait une remarque importante sur le comportement du joueur et lui fait une suggestion. .. . . . . . . 98 4.7 Un des écrans d'accueil de Prat'Sécuritaires. 99 4.8 Choix d'une partie de jeu dans Prat'Sécuritaires. . 99 4.9 Eléments de contrôle de Prat'Sécuritaires. 100 4.10 Organisation modulaire de Prat'Sécuritaires. 102 A.1 Cycle de vie d'un Sprint SCRUM . . . 122 B.l Matrice Technique d'élicitation/Domaine problème 124 C.l L réseau bayésien de Prat'Sécuritaires . . . . 127
Tableau Page
1.1 Différence entre jeux de divertissement et jeux sérieux. 13
1.2 Les éléments des jeux vidéo qui créent l'engagement du joueur. 27
1.3 Les éléments des jeux vidéos qui contribuent à la motivation. . 28 1.4 Critères à remplir par un jeu pour être intégré à un logiciel éducatif. 30 3.1 Table d'abréviations pour l'exemple de problème.
66
3.2 Table de probabilités pour l'exemple de problème.67
3.3 Quelques techniques d'entrevue. 85
C.1 Table d'abréviabons. . . . . . . 126
C.2 Table de probabilités du réseau bayésien de Prat'Sécuritaires. 128 F.1 Quoi mesurer, comment et quand (Mayer et al., 2014). . . . . 138 G .1 Les at tri buts des jeux sérieux et leur association avec le Technology
IDE Integrated Development Environment
JAR Java ARchive
API Interface de Programmation d'Applications
SBC Système à Base de Connaissances SBR Système à Base de Règles
STI Système Tutoriel Intelligent JESS Java Expert System Shell
DLL Dynamic Link Library
UML U nified Modeling language
Assurer la sécurité des biens et des personnes a toujours été une v 'ri table
préoccupation au sein de nos sociétés. Elle englobe plusieurs aspects dont la prise en compte globale, dans le développement d'une solution à cette problématique,
nécessiterait un système d'une grande complexité. Un investissement énorme est
déjà fait au niveau de la formation et au niveau opérationnel pour faire face aux risques et menaces éventuelles (incendies, catastrophes naturelles, attaques chimiques ou biologiques, engins explosifs, etc.). De nombreux exercices en e
nvi-ronnements simulés ou réels sont faits chaque année, aus. i bien au sein des unités
spécialisées (pompiers, armée, police, services de sécurité, etc.) que des popula
-tions, car le meilleur moyen de s'assurer de réagir de façon appropriée si l'on est
amené à y faire face, est d'y être préparé.
Nous proposons ici une solution qui exploite les potentiels conjoints des
systèmes tutoriels intelligents (STis) et des jeux vidéo. 1\otre projet e situe dans
le contexte d'un nouveau paradigme d'apprentissage en pleine expansion dans le
domaine de l'intelligence artificielle pour !"éducation. Il consiste à implémenter un STI de type jeu sérieux pour l'apprentissage des pratiques sécuritaires qui puisse
offrir un apprentissage personnalisé et s'adapter à différents environnements et
types de scénarios de formation. Nous avons nommé Prat'Sécuritaires.
Ce document présente tout d'abord le contexte, la problématique et les ob -jectifs du projet ainsi que nos hypothèses sur la valeur d notre outil. Ensuite, nous faisons une étude détaillée de l'évolution des STis et des jeux sérieux, et
poursuivons sur la présentation détaillée de !"architecture de Prat'Sécuritaires. Le document présente également notre démarche méthodologique, les choix
tech-niques d'implémentation avec les raisons qui les ont motivés, ct le ressources auxquelles nous avons eu recours pour nous assurer de la fiabilité, de l'efficacité
et de la robustesse de notre solution.
Une approche d'évaluation de notre système est propo ée dan la d rnière
partie, ainsi que nos travaux futurs visant à étendre son champ d'application.
Mots clés : systèmes tutoriels intelligents, acquisition de connaissances, systèmes adaptatifs, jeu sérieux, réseaux bayésiens, systèmes à base de connaissances.
Uobjectif de ce mémoire est de présenter mon projet de maîtrise ainsi que l'approche méthodologique mise en œuvre pour le réaliser. Notre travail a été conduit au sein du Laboratoire de recherche en Gestion, Diffusion et Acquisition des Connaissances (GDAC) de l'Université du Québec à Montréal (UQAJ'v'!), et a consisté à concevoir un système tutori l intelligent de type jeu sérieux pour l'apprentissage des pratiques sécuritaires, puis à en réaliser un prototype afin de valider notre hypothèse de r cherche.
La conception du système présenté dans ce mémoire est limitée aux si-tuations d'apprentissage individuel. Ici, l'apprenant interagit uniquement avec le système (pas d'interactions avec d'autres apprenants). Les interactions de l'a ppre-nant avec l'environnement de jeu vidéo dans lequel il évolue se font à travers un ensemble d'actions observables par l système. L'apprenant bénéficie tout au long du processus d'apprentissage, de l'intervention d'un tuteur machine pour le guider dans l'acquisition des compétences qui lui permettront au terme de la formation, d'être capable d'appliquer convenablement les pratiques sécuritaires en situations d'urgence.
Les problèmes à résoudre sont sous fonnes de scénarios différents, présentés à l'apprenant par le système au cours d'une parti de jeu. Chacun des scénarios considérés dans notre prototype a été défini avec l'aide des experts en sécurité publique que nous consultons depuis le début de notre travail. Cette collaboration s'inscrit dans une démarche dont le but à long terme est d'implémenter un système offrant des scénarios d'apprentissage collectifs pour les situations d'urgences les
plus probables, avec un panel d'outils permettant d'observer et d'évaluer le proces -sus d'apprentissage. Aussi, nous présentons dans la dernière partie de ce document,
les perspectives qui orienteront nos travaux futurs.
0
.1
Contexte et
pro
blélnatique
Le développement socio-économique, propulsé par les progrès technologiques, a vu se développer de nouvelles formes de menaces visant les biens et les personnes ainsi qu'une augmentation de l'impact que pourraient avoir de telles situations si elles se produisaient (incendies, inondations, déversement de matièr s dange -reuses, attaques terroristes, individus armés, etc.). Face à ces nouvelles formes de menaces, les gouvernements investissent des moyens énormes pour développer des solutions visant à protéger les populations, solutions qui malheureusement ne se montrent pas toujours efficaces dans leurs applications. Nous pouvons à titre d'exemple citer le système d'alerte et d'information des populations (SAIP),
dont la réalisation a coûté près de 80 million d'euros au gouvernement françai et dont le déploiement lors des attentats de Nice (France) le 14 juillet 2016 a été un échec (Theguardian.com, 2016). L'application «Alerte Attentat» du système SAIP sensée prévenir les populations de la menace détectée et fournir des consignes pour les mettre à l'abris ne s'est déclenchée que 2 heures et 30 minutes après la fin du massacre qui a fait près d'une centaine de morts et des dizaines de blessés. Alors, nous nous sommes logiquement posés la question suivante : quel aurait été l'impact de l'application si elle avait parfaitement fonctionné?
Former de façon efficace les usagers en pratiquant les méthod s usuelles d' xercices d simulation coûterait très cher aux gouvernem nts, ss nti 11 ment s'il faudrait prendre en compte tous les scénarios et types de menac s possibles en se basant sur l'environnement (bâtiments, espaces ou transports publics, etc.), la mesure de l'impact (dégâts humains et matériels) ou encore les possibilités de
déploiement des secours (accès au site affecté, évacuation des victimes, inform a-tion et orientation des populations, etc.). D'autre part, les exercices annuels de simulation actuellement effectués et suivant principalement les scénarios les plus probants selon le contexte, sont loin d'être suffisants. Pour compenser, les so
lu-tions propos' es sont e entiellement des systèmes d'alerte. Nous pouvons citer le système «lvfcGilll Attention f» servant à communiquer des alertes directement aux
membres de la communauté de l'université McGill (Montréal, Canada) qui s'y sont
inscrits via une application mobile; Il est disponible 24/7. D'autres exemples sont
le logiciel «Alertus», utilisé dans les universités McGill et Concordia (Montréal, Canada), permettant de recevoir des alertes sur son ordinateur, et le système SAIP cité plus haut. D'autres moyens utilisés sont les capsules vidéos et les p am-phlets servant à diffuser l'information à des masses sans vraiment tenir compte des spécificités liées aux types d'usagers et à leur capacité à réagir de façon rationnelle en situation réelle d'urgence.
Une solution pour être efficace, devrait pouvoir s'adapter à l'usager en four-nissant des outils de diagnostic visant à mesurer chez 1 'individu, des paramètres entrant en ligne de compte dans son comportement en situation d'urgence (cogni-tion spatiale, profil psychologique, profil émotionnel, etc.), afin d'aider à augme
n-ter les chances de survie en situation réelle pour chaque profil d'individu. En effet, chaque individu, en fonction de ses aptitudes et capacités, a ses propres stratégies et rythme d'apprentissage. Nous préconisons l'usage d'un système tutoriel int
el-ligent (STI) pour répondre à ce besoin. Les STis sont des solutions idéales dans ces conditions, car ils sont dotés d'environnements permettant d'offrir un appre
n-tissage individualisé, adaptatif et de qualité ( kambou et al., 2010).
D nos jours, l'apprentissage des pratiques sécuritaires se fait essentiellement par deux moyens : l'impression des supports papier et les exercices annuels de s
constituent un bon moyen d'acquérir ou d'enseigner à développer des compétences de base à travers une réplication du contexte et des aspects du monde réel (A l-drich, 2004; Aldrich, 2005; Alessi et Trollip, 1991; Alessi t Trollip, 2001; Gredler, 2004; Herz et Merz, 1998). Cependant, les activités de simulation sont toujours spécifiques à un contexte bien précis (Charsky, 2010), dans lequel l'apprenant peut endosser un rôle de professionnel (enseignant-e, docteur, militaire, etc.) pour une simulatlon expérimentale, ou manipuler sans risque des matières dangereuses (acide hydrochloridrique, cyanure d'hydrogène, etc.) pour une simulation symb o-lique. Et qui ùe vlut:> u'iutègrent vas let:> rwLiont:> Lellet:> que l'engageweuL, la luo-tivation ou la compétition. Ce qui nous a conduit d'autre part à nous intéresser aux j ux sérieux, offrant la possibilité d'intégrer des règles, des défis, des choix et de la fantaisie en plus des caractéristiques énoncées plus haut, avec de vastes possibilités de méthodes d"enseignement. La «sériosité» du jeu fait référence à un contenu qui pourrait très bien être utilisé comme matériel d'enseignement dans un cadre éducatif (Djaouti et al., 2011; Yusoff et al., 2010).
Pour répondre à ces problématiques, nous avons proposé et conçu un STI de type jeu séri ux pour l'apprentissage des pratiques sécuritaires en situations d"urgence. Il s'agit d'un système qui combinera les asp cts à la fois de STI et de jeu sérieux. l\'otre outil aura la particularité d'offrir un enseignement individualisé
t adaptatif dans un environnement de jeu vidéo.
Les jeux ont été reconnus comme pouvant inciter un engagement actif du joueur, mais aussi traiter de la multitude de compétences requises à l'ère de linformation : !"autorégulation les compétences en documentation, la coopération n réseau le tratégies de résolution de problèmes et l'esprit critique (Westera et al., 2008). Un autre point important à souligner est le degré d'adoption des jeux au ein de la nouvelle génération d'apprenants, qui sont nés et ont évolué avec les nouvelles technologies de communication (Prensky, 2006). En intégrant
les fonctionnalités adéquate à notre STI de type jeu sérieux nous pouvons expl oi-ter cet intérêt de la jeune génération en renforçant le pouvoir du jeu à stimuler la motivation du joueur et à atteindre les objectifs de l'apprentissage (Garris et al., 2002; Shut , 2011). Dans la même lancée, nou apporterons notre contribution à l'évolution de la recherche dans le domaine des jeux pour l'éducation et la form a-tion, car l'utilisation du jeu dans l'éducation, qui demeure très limitée, n'a pas suivi la croissance rapide de l'industrie du jeu au cours des dernières décennies
CV/estera et al., 2008).
Les points mentionnés plus haut soulèvent les questions suivantes auxquelles notre travail a consisté à un effort de réponse :
1. Quels sont les éléments de connaissance qui entrent en ligne de compte dans la mise en œuvre des pratiques sécuritaires?
2. Peut-on les éliciter et les représenter de façon formelle dans un système à base de connaissances ?
3. Comment mettre en œuvre les stratégies des experts du domaine dans un tel système?
4. Comment mettre à contribution l'engagement suscité par le jeu vidéo dans la formation et l'éducation?
5. Est-il possible d'intégrer un moteur de raisonnement à un jeu vidéo afin de pouvoir y bénéficier des propriétés des STis?
6. Si oui, quelles seraient les caractéristiques d'un tel système afin qu'il soit adaptable à tous types de situation d'urgence?
Au moment de l'écriture de ce mémoire, il n'existe, au meilleur de notre connaissance, aucun outil comparable offrant une solution aux problématiques conjointes énoncées plus haut. Notre STI de type jeu sérieux se positionne par conséquent comme une première dans son domaine et explore une nouvelle ère
pour les STis.
0.2
Hyphotèse
de
r
echer
che
La valeur scientifique de l'outil que nous développons dans ce projet repose sur un certain nombre de points à prouver, et qui sont les suivants :
- Une théorie de la construction du savoir-faire des experts du domaine de la
.IJrévention et de la sécurité, qui très souvent relève des connaissanc s tacites,
permettrait de les opérationnaliser pour les systèmes à base de connaissances
dans ce domaine (c'est une tâche reconnue comme étant difficile, d'au tant plus si le domaine concerné n'est pas assez documenté) (Richards, 2002).
- Les mécanismes cognitifs à l'origine de prise de décisions adéquates en s
i-tuation d'urgence dans le monde réel ne satisfont pas néces ·airement aux normes standards d'inférence rationnelle ( Gigerenzer et Goldstein, 1996).
- Comprendre les comportements humains en situations d'urgence est es -sentielle à l'élaboration de solutions efficaces en matière de sécurité et de prévention (Pan, 2006).
- Effectuer un diagnostic cognitif de l'apprenant permettrait d'établir son pro -fil afin de cibler ses points faibles et 1 'aider à les corn ger en ajustant les activités à son rythme d'apprentissage.
- Un y tème offrant l'immersion, l'engagement et la compétition que l'on retrouve dans les jeux vidéo (de Frei tas et Liarokapis, 2011), et pr 's ntant les caractéristiques d'un système tutoriel intelligent, perrnet:Lra!t Je ::;timuler la motivation du joueur et aiderait de manière significative à atteindre les objectifs de l'apprentissage tout en assurant un enseignement individualisé, adaptatif et de qualité (Nkambou et al., 2010).
Trouv r un moyen technique d'évaluer l'acquisition des compétences d'un apprenant à la suite d'une formation classique (exercices de simulation) aux pratiques sécuritaires en situations d'urgence aiderait de manière significa-tive à la formation dans le domaine. Par ailleurs, selon les experts que nous avons rencontrés, il n'existe à ce jour aucun système permettant de faire une telle 'valuation.
Notre STI de type jeu s'ri ux se positionne donc comme un outil d'évaluation pratique dans la formation et l'éducation à la prévention et à la sécurité.
0
.3
Obj
ectifs
L·objectif de notre travail de maîtrise est de développer un prototype de système tutoriel intelligent de type jeu sérieux pour 1 apprentissage des pratiques sécuritaires en situations d'urgence. Il se décompose comme suit :
- Concevoir une architecture du système basé sur l'architecture classique des STis.
Éliciter des connaissances brutes exprimées par les experts (identifier et faire ressortir les concepts importants du domaine et les relations significatives entre ces concepts (Paquette et al., 1991)).
- Construire un modèle opérationnel des concepts et des relations identifiés à l'étape précédente (formalisation des connaissances (Paquette et al., 1991)).
- Con truire un modèle de représentation des connaissances et des p erfor-mances de l'apprenant comprenant des outils de diagnostic permettant d 'iden-tifier les erreurs et les idées fausses et offrant des mécanismes pour aider à les corriger.
- Établir des règles tutorielles basées sur les stratégies de tutorat dont l 'ef-fi-cacité a été prouvée ( Iarciss, 2008) et dont l'application est très répandue dans les environnements d'apprentissage;
Implémenter et évaluer un premier prototype de Prat'Sécuritaires stable et offrant les fonctionnalités de base décrites dans ce document.
Le but à long terme est de créer un système générique dans lequel il sera pos -sible d'importer différents types d'environnements modélisés en 3D et y définir des
cénarios d'apprentissage pour la formation de l'apprenant. Le système intégrera tous les scénarios de situations d'urgence (incendie, inondation, tremblement de terre, individu armé, déversement de substances dangereuses, etc.). Sa configu-ration devra être simple, intuitive ct ne devra nécessiter aucune compétence en programmation informatique.
0.4
Méthodologie
Les approches mises en œuvre pour la conception et le développement de Prat'Sécuritaires sont tirées à la fois des méthodes de l'ingénierie des connais
-sances et du génie logiciel. Nous avons mis un grand soin dans l'étude et le choix des méthodes utilisées, en fonction du domaine et des objectifs de notre projet, pour garantir en résultat un système robuste et valide sur les plans technique et scientifique.
0.4.1
Conception
Notre travail a nécessité la collaborations des experts dans le domaine de la sécurité publiqu . ous avons mis en œuvre une méthode de l'ingénierie des connaissances basée sur les techniques d'entrevue (Paquette et al., 1991) pour
éliciter et encoder les connaissances brutes exprimées par les experts, puis procéder
au choix de leur représentation dans notre système. Cette méthode est décrite en détail plus loin dans la section 3.4.2.3. Le processus d'ingénierie logicielle a nécc sité une phase préalable cie choix des outils de développement des jeux vidéos en fonction de leur ace ssibilité (coût - gratuit de préférence - ct prise en main
rapide). Il a fallu ensuite trouver le moyen d'intégrer notre moteur de raisonne
-ment dans le jeu vidéo afin de pouvoir bénéficier des outils d inférence à des fins dévaluation et d'adaptabilité. Ce qui nous a permis de concevoir l'architecture fonctionnelle de Prat 'Sécuritaires.
0.4.2
hnp
lémcntation
Le développ ment de notre STI de type jeu sérieux s'est faite suivant l 'ap-proche itérative de la méthodologie Agile 1. Les méthodes Agile ont cet avantage qu'elles permettent d'intégrer rapidement les changements, cc qui en fait un choix adéquat pour notre projet de rcch rche dont les spécifications sont fréquemment amenées à changer. Elles emploient des principes dont la teneur est exprimée par
les points suivants (Coram et Bohner, 2005) : elles privilégient 1) les individus et les interactions par rapport aux processus, 2) le code effectif par rapport à la documentation, 3) une collaboration personnalisée par rapport à la négociation, 4) la réactivité au changement par rapport au suivi d'un planning.
Grâce à une approche itérative inspirée des méthodes agile, nous avons une version fonctionnelle et stable du système à chaque étape du développement. Cha
-cune des versions passe ensuite à travers un processus de validation auprès des experts, puis nous y effectuons des ajustements avant de passer à la phase suivante.
0.5
Pl
an
du
m
é
1n
o
ir
e
Ce mémoire de recherche contient sept chapitres au total. Ces chapitres peuvent être regroupés en quatre grandes parties :
La première partie contient uniquement le chapitre 0, l'introduction, dont le présent plan du mémoire constitue le dernier point.
La deuxième partie, regroupant les chapitres 1 et 2, présente d'une part les jeux sérieux : leurs définition et caractéristiques, leur classification et la manière dont ils sont utilisés dans l'éducation de nos jours. D'autre part, cette partie présente la notion de système tutoriel intelligent : sa définition, ses composants ainsi que la manière dont ces derniers interagissent dans le système, l'état de l'art des systèmes tutoriels intelligents dans l'ensemble avec un focus sur les STis de type jeu sérieux.
La troisième partie regroupe les chapitres 3, 4 et 5. Elle présente l'a rchi-tecture détaillée de notre STI de type jeu sérieux. On y retrouve une description des composantes, de l'architecture fonctionnelle, des éléments conceptuels ct de la méthodologie qui a orienté le projet. Cette partie présente également les choix
techniques d'implémentation de notre système a.insi que les raisons qui les ont mo-tivé. Pour terminer, elle présente notre approche d'éva.luation cle Pra.t'Sécuritaircs et les perspectives de nos travaux futurs sur ce projet.
La quatrième ct dernière partie contient uniquement le chapitre 6. Elle pré cnte essentiellement nos conclusions et les perspectives de nos travaux futurs.
LES JEUX SÉRIEUX
Notre projet porte sur la mise en œuvre d'un STI de type jeu sérieux pour
l'apprentissage des pratiques sécuritaires en ituations d'urgence. Aussi nous
ju-geons important d commencer par une étude détaillée sur les jeux sérieux afin de
montrer pourquoi nous avons fait ce choix pour l implémentation de notre système
et sommes persuad 's de l'impact qu'il auront pour prouver notre hypothèse de re
-cherche. Ce chapitre donne une description des jeux sérieux et présente les concepts qui y sont associés. Il donne leur classification, un bref historique de l'évolution des jeux sérieux et décrit en quoi ils ont un impact sur l'éducation. Nous faisons également un tour d'horizon du domaine de recherche et en présentons le potentiel
et les perspectives.
1.1
L
a
notion d
e
j
e
u
sérieux
1.1.1
Origin
e et
d
é
finition
La «gamification» de l'apprentissage
(Deterding et al., 2011) définit la «gamification» comme étant «l'utilisa
-tion des éléments conceptuels du jeu dans des contextes ne se rapportant pas au jeu». Le terme «gamification» a été introduit au début des années 2000, bien
qu'il n'ait 'té propulsé qu'en 2010 par les acteurs de l'industrie du jeu vidéo et les conférences scientifique (Groh, 2012). TI s'en est suivi le développement de nombreuses applications «garnifiées» dans différents domaines (productivité, fi-nance, santé, éducation, etc.) (Groh, 2012). La «gamification» s'applique aussi bien aux applications qu'aux sites web (couche service logiciel), ct elle a été large -ment adoptée pour une utilisation commerciale du fait de 1 'engouement croissant pour les jeux d'une part, et d'autre part pour augmenter l'engagement des utilisa -teurs à utili er les produits tout en offrant de nouvelles possibilités et des sources d'ir1formations pour l'intera~tion l1umain-macl1ino (Grol1, 2012).
Les jeux sérieux
La notion de «jeu séri ux», bien qu'ayant été l'objet de nombreuses 'tudes scientifiques, ne trouve pas de définition unifiée dans la litt 'rature. En effet on en trouve presque autant de définition que d'études sur le sujet. Le terme «jeux sérieux» désigne très souvent des jeux utilisés pour l'apprentissage, la simula
-tion informatique ou l'éducation (Zyda, 2005). Un jeu séri 'UX peut être considéré comme étant l ré. ultat de l application les technologies des jeux et de la sim u-lation informatique à un domaine qui ne porte pas sur le divertissement, ou de manière formelle comme une activité mentale pratiqué av c un ordinateur t en suivant des règle établies, qui fourni un aspect ludiqu à l'appr ntissage dans des domaines varié. (Susi et al., 2007).
La différence fondamentale entre les jeux pour le diverti scment ct le jeux
dans l'cxpérienc cie jeu. La table 1.1 tirée de (Su. i et al., 2007), présente la différence entre les jeux sérieux et les jeux d divcrtissem nt.
Tableau 1.1: Différence entre jeux de divertissement et jeux sérieux.
Jeux sérieux Jeux de divertissement
Tâche v . expérience enrichie Résolution de problème mise en Expérience riche mi. e en avant
avant
Concentration Élément important de l"appren- Pour avoir du plaisir
tissage
Simulation Hypothèse néce saires à des si- Processus de simulation simplifié mulations exploitables
Communication Doit refléter la communication Communication souvent parfaite
naturelle (non parfaite)
vulgarisé la notion de «jeu sérieux», devenu très populaire de nos jours, et qui en fournit la description suivante sur son site web (Susi et al., 2007) :
1.1.2
La Serious Cames Initiative se concentre s'ur [(utilisation des jeux pour
explorer des problèmes de gestion et de leadership auxquels le secteur public fait face. Une partie de sa charte globale est d'aider à forger
des liens productifs entre l'industrie des jeux électroniques et les
pro-jets impliquant l'utilisation des jeux dans l'éducation, la formation, la
santé, et la politique publique.
C
a
ractéristiques des
j
eux
otre manière d'appréhender les jeux vidéo dépend de la culture que nous
en avons. Elle diffère dépendamment du fait que nous avons grandi en y jouant ou pas, ou selon le degré d'emprise qu'a le jeu dans notre vie. Ce qui est certain par ailleurs, que l'on soit un joueur expérimenté ou non, c'est la motivation et l'excitation provoquée chez le joueur qui comptent. Ces dernières sont attribuées
par (Charsky, 2010) aux caractéristiques même du jeu en général, présentées
comme étant intrinsèquement interdépendantes lorsqu'elles sont mises ensemble.
ct définies comme suit :
La compétition et le but
La compétition et le but ont une influence importante sur la motivation.
Selon le type de jeu, ils peuvent être confondus ou le but peut être basé ur la
compétition. Un exemple dans le deuxième cas est le jeu populaire Pac- 1an dans
lequel le but est de faire un score maximal en gobant le maximum de points avant
de se faire dévorer par les fantômes. Le but des jeux éducatifs correspond très
souvent à l'objectif de l'apprentissage, et on peut y ajouter de la compétition
pour motiver le joueur à faire toutes les activités et rendre le jeu plus amusant
(Alessi et Trollip, 1991; Trollip et Alessi, 2001).
Les j ux se sont beaucoup développés, et le but a évolué au delà de la simple victoire ou défaite. Il ne 'agit plus simplement de gagner ou de perdre mais
d'évoluer à travers des schémas de jeu complexes offrant une plus grande latitude et plus de contrôle au joueur sur les buts à atteindre et la manière de les atteindre;
Grand Theft Auto 1 en est un bon exemple. Certains jeux peuvent nécessiter
plusieurs mois pour atteindre les objectifs, et dans d'autres jeux disponibles en
ligne il est possible de se fixer des nouveaux objectifs à l'infini! Cependant en ce
qui concerne les jeux éducatifs, le fait de rallonger la durée des activités ne garanti
Le choix
L choix dans les jeux désigne le nombre d'options et de décisions auxquelles
le joueur a accès avant et pendant la partie (Peck et Hannafin, 1 988; Malone et Lepper, 1987). Selon (Charsky, 2010), il existe trois types de choix :
- Les choix expressifs. Ils sont faits par le joueur au cours de la partie et
peuvent augmenter sa motivation, même s'ils ont un effet négligeable sur
ses performances.
Les choix strat 'giques. Ce sont les choix qui peuvent influencer le déroulement de la partie. Ils permettent au joueur de changer les attributs du jeu comme
le niveau de difficulté ou les étapes à venir.
- L s choix tactiques. Ils définissent 1 'habileté du joueur à décider de la manière dont il joue la partie. Il peut choisir par exemple de faire une action donnée au lieu d'une autre, de consulter l'aide avant de progresser ou pas.
Les défis
Les défis désignent les tâches et les activités du jeu (Malone et Lepper, 1987). Dans les jeux éducatifs ou les jeux sérieux, il s'agit du contenu éducatif. Le joueur
acquiert des nouvelles compétences en complétant les défis, ce qui l'oriente vers des défis plus importants lui permettant d'acquérir encore plus de compétences
(Gee, 2003).
La fantaisie
La fantaisie est utilisée dans le jeu pour créer 1 'excitation chez le joueur. Ell peut être classifiée en deux catégorie :
comporte-ment correct ou une réponse à un défi.
La fantaisie endogèn dans laquelle il y a peu ou pas de déconnexion entre
le jeu et l'apprentissage.
Les caractéristiques présentées dans cette sections ne sont pas uniquement
celles des jeux sérieux, mais des jeux informatiques en général.
1.1.3
Avantages
d
es
j
e
ux
sérieux
Les avis sont part ag' s en ce qui concerne les avant ag' s t les inconvénients des jeux en général et des jeux sérieux en particulier. Bien que les jeux soient
en général reconnus pour développer certaines aptitudes chez le joueur, il n'y a
pas assez de résultats d'études menées à ce jour pour établir de manière formelle
les avantages ct les inconvénients des jeux. Selon (Corti, 2006; Squire et Jenkins,
2003), ce que nous savons est le fait que le joueur peut, grâce aux jeux et des
systèmes basés sur des environnements virtuels, vivre des expériences pas toujours
accessibles (en termes de coût, de sécurité et de temps) dans le monde réel.
Certaine. des études menées sur les effets du jeu sur le joueur ont mi
en évid nee l'impact qu'ils peuvent avoir sur le développement de compétences
variées. Comme exemple nous pouvons citer Jlesprit d·analyse, la cognition spa
-tiale, les facultés d'apprentissage autonome ou guidé, les capacités psyc
homo-trices, !"attention visuelle sélective, etc. (Susi et al., 2007). La cognition spa
-tiale est l'une des aptitudes dont le joueur a besoin pour pouvoir performer dans
Prat'Sécuritaires en ce sens qu'elle est essentielle à la survie en situation réelle
D'autres potentiels avantages des jeux ont été rapportés par (Ellis et al.,
2006; Mitch ll et Savill-Smith, 2004). Il s'agit du fait d'améliorer chez le jou ur
et à long terme, la collaboration ou encore la négociation.
Pour ce qui concerne les potentiels effets néfastes des jeux, les études de (Mit -chell et Savill-Smith, 2004) ont rapporté entre autres, le mal de tête, la fatigue, des microtraumatismes à répétition, la dépression, la marginalisation sociale, des comportements répulsifs, la virtualisation des relations humaines, et pour les jeux violents, des comportement agressifs et le développement négatif de la personna -lité. Le débat persiste autour des effets négatifs de certains types de jeu, compte tenu du fait qu'ils sont difficiles à prouver dans l'absolu et qu'ils sont également
influencés par la personnalité du joueur 't le cont xte dans lequel le joueur évolue
(où, quand, avec qui, dans quelles circonstances).
D'après (Susi et al., 2007), les études sur les potentiels avantages des jeux devraient être focalisées sur les points qui permettraient de maximiser le potentiel
du processus d'apprentissage en y intégrant les j ux, car ce qui rend un jeu sérieux efficace est le fait que l'apprentissage se déroule dans un contexte qui est signifi-catif pour le j u. La conception d'un jeu sérieux devrait par conséquent intégrer
les éléments qui offrent au joueur un environnement dans lequel il serait le plus prolifique.
1.1.4
L
;appr
e
ntiss
a
g
e
d
a
ns
l
e
s
j
e
ux
s
é
ri
e
ux
Les jeux sérieux constituent des outils extraordinaires d'apprentissage. Ils motivent le joueur à explorer le limites de ses compétences et de se connais
-sances (Mitgutsch, 2011). Selon (Suits, 2005), «Jouer peut être définie comme une tentative volontaire de se confronter de façon satisfaisante à des défis non nécessairement utiles». ous nous intéressons ici au cas où ce que (Suits, 2005) appelle «défis non nécessairement utiles» désigne le contenu d un jeu sérieux, c'est à dire du contenu conçu pour transmettre un savoir ou un savoir-faire au joueur
de manière à avoir un impact significatif sur lui et sa perception du monde.
Lorsqu'on entend parler de jeu on pense tout d'abord divertissement, car c'est la fonction première des jeux. Les jeux sérieux éducatifs, à la différence des jeux purement orientés divertissement, doivent enseigner ou sensibiliser à quelque chose au delà de l'expérience-même de jeu, car une limitation du processus d 'ap-prentissage à l'espace du jeu remettrait en question son impact éducationnel (Mit-gutsch, 2011). Mais comment s'assurer qu'un jeu sérieux atteindra le but pour lequel il a été conçu? Il est évident que le joueur apprend pendant le déroulement d'une partie de jeu. Il est sollicité à plusieurs niveaux (intellectuel, émotionnel, sensoriel, etc.) et fait face à des défis qui entraîneront des actions pour lesquelles il faudra mettre en œuvre des aptitudes dont certaines auront été développée du-rant le jeu. Ainsi, comprendre comment se déroule le processus d'apprentissage dans le jeu mènerait à la conception de jeux sérieux plus efficaces (Mitgutsch, 2011). Au moment de la rédaction de ce mémoire, il n'existe, au meilleur de nos connaissances aucune étude empirique ou au niveau éducationnel permettant de comprendre ce processus de manière formell . Aussi nous allons nous contenter de présenter quelques hypothèses théoriques sur le processus d'apprentissage sous-jacent aux jeux sérieux.
Nous nous sommes intéressés à la théorie de l'anthropologue et cybernéticien Gregory Bateson sur les niveau d'apprentissage dans les jeux (Egenfeldt-Nielsen et al., 2006). Bateson s'est intéressé notamment aux types d·apprentissages mis en œuvre dans, au travers et au delà du jeu (Mitgutsch, 2011). Il a identifié sur la base de ces types, trois niveaux fondamentaux d'apprentissage selon un modèle hiérarchique (Bateson, 1972) :
1. Le niveau zéro qui est le niveau au cours duquel le joueur découvre le jeu,
nécessairement faire attention au contexte ou pouvoir justifier ses choix, et
selon un proccs us d'apprentissage linéaire.
2. Au niveau un, le joueur se construit une perception du jeu, donne du sens
aux données collectées au niveau zéro, et utilise toutes ces informations pour
répondre aux défis du jeu de manière significative dans son contexte.
3. Le niveau deux concerne l'impact de l'apprentissage sur le joueur, ce que le
jeu a modifié de ses perspectives vis-à-vis de lui-même et du monde. A ce
niveau l'apprentissage ne se fait pas de manière linéaire et définit la façon
dont le joueur mettra en œuvre son apprentissage dans le monde réel.
A ce sujet, (Mitgutsch, 2011) fait une assertion que nous avons trouvée
pertinante :
L'avantage du concept d'apprentissage de Bateson est qu'il aborde l' appren -tissage non seulement comme un processus de développement, émotionnel
ou cognitif, mais aussi comme tme activité de changement en relation
avec le contexte qui est le cadre de ce changement.
Bien que l'approche de Bateson permette une compréhension avancée du
processus d'apprentissage dans les jeux sérieux, et que le potentiel des jeux sérieux
dans le transfert de contenus sérieux soit prometeur, il n'existe à ce jour aucun résultat d'études permettant de garantir l'impact des jeux sérieux sur la perception
que le joueur a de lui-même, des autres et du monde qui l'entoure (l\.1itgutsch,
2011).
1.1.5
Domaines
d
'application
Les domaines d'application des jeux sérieux s'étendent avec les progrès de la
sein des gouvernements et les institutions, les jeux sérieux se développent auj
our-d'hui également dans la branche commerciale. Les jeux sérieux peuvent concerner des domaines aussi variés que la défense, la communication, la santé, la formation
et l'éducation (Zyda, 2005).
1.2
Classification des jeux sérieux
Les premiers modèles de classification des jeux sérieux étaient basés sur un
unique critère et pouvaient être regroupés en deux catégories : la classification
selon le marché et la classification selon l'utilité (Sawyer et Smith, 2008).
Le modèle de classification que nous avons retenu est le modèle G /P /S
(Ga-meplay / Purpose / S cape) proposé par (Djaouti et al., 2011). Cc modèle part d'une perspective globRle et propose une classification plus précise des jeux sérieux qui tient compte des dimensions «sérieux» et «jeu», et qui repose sur trois aspects : La tactique, 1 'utilité et la portée.
1.2.1
L
'as
p
ec
t
tactique
(
Gam
e
play)
Cet aspect fournit des informations sur la manière dont le jeu est joué, dis -tinctement des effets graphiques et sonores. Il caractérise la structure de jeu du jeu en lui-même. Il s'agit d'une notion fondamentale de la «dimension jeu» sur laquelle sc focalise l'analyse de la jouabilité, en alternative à la classification clas
-sique basée sur le genre. (Portugal, 2006) définit 1 'aspect tactique comme une com
-hinf1ison de cinq composf1ntes : un ensemble de règles: des modes de commandes: l'organisation spatiale, l'organisation temporelle, l'organisation dramaturgique.
Ici, le critèr de classification est défini sur une seule des composantes : l'en -semble de règles, plus précisément les différentes sortes de r' gles mises en évidence
par des études en ludologie (branche académique interdisciplinaire consacrée à
l'étude des jeux). Le standard définit par ces différents types d règles à p rmis de distinguer deux types de jeux (Caillois et Barash, 1961) : 1) Ludus, une forme de jeu encadré par un ensemble de règles et 2) Paidia, une forme d jeu libre (absence de r' gles), qui s'appliquent à tous types de structures de j u (jeu de plateau, jeu
de cartes, etc.).
1.2.2
L
'
ut
ilit
é
(
Purpos
e
)
Cet aspect décrit l'utilité du jeu sérieux tel que définit par son concepteur, en marge du divertissement procuré par le jeu.
Ici, (Djaouti et al., 2011) propose une analyse de l'aspect «utilité» basée sur les critères suivants :
- Diffusion de message. L'utilité du jeu est la diffusion de me sages de types variés (éducatif, informatif, persuasif, etc.).
- Formation. L'utilité du jeu est d'améliorer les aptitudes cognitives ou les facultés motrices.
- Échange de données. L'utilité du jeu est de permettre l'échange de données qui pourraient être collectées par le jeu ou échangées par le joueur.
Un jeu vidéo pourrait être conçu de manière à réunir toutes ces trois ca
-ractéristiques en terme d'utilité.
1.2.3
L
a
p
o
r
tée
(
S
co
p
e)
Cet aspect se rapporte aux applications du jeu sérieux, à ses utilisateurs cibles. Les domaines d application des jeux sérieux sont très variés, et parmi les
secteurs cibles nous retrouvons les gouvernements, la défense, la santé, l'éducation, le secteur privé, la religion l'art et la culture, l'écologie, la politique, le secteur humanitaire, la publicité, la recherche scientifique.
D'autres critères, déjà utilisés dans des systèmes de classement des jeux comme ESRB (1994) et PEGI (2003), permettant de définir la portée d'un jeu sérieux de manière plus précise (la tranche d'âge, le genre, etc.), proposent une approche de classification des utilisateurs plus générale en fonction de l'âge (0 à 3 ans, 4 à 7 ans, etc.), inspirée par les systèmes ESRB et PEGI, et du type (grand public, professionnels, étudiants). A titre d'exemple pour la classification par type, dans le secteur du droit public, «professionnel» pourrait se rapporter aux juristes
exerçants, «grand public» à leurs clients, et «étudiants» aux étudiants des écoles de droit.
La figure 1.1, extraite de (Djaouti et al., 2011), présente une forme impr i-mable du modèle G/P /S qui p ut être utilisée pour classifier rapidement n'importe quel type de jeu sérieux.
Gameplay 0 Game-based (ludus) 0 Play-based (paidia)
1
---
-
---1
Purpose0 Message broadcasting 0 EduciJlf-.te Û lnfo1mafJve 0 Per~R-~'-'P. osu~"" 0 Training [J MBnlRl QP:oysical D Data exchange Scope M<.uke:
0 State & Governement
0 Military D Hea~Jlcare D Eéucation 0 Corporate 0 Religious 0 Culture & Arts 0 Ecology 0 Politics 0 Hurnanita.rian D A<lvertising 0 Scientific Reseach 0 Entertainment Publl~ 0 General Public 0 Proiessionais 0 Students
1.
3
J
e
ux
sér
i
e
ux
et
é
du
cat
ion
Depuis la popularisation des jeux sérieux au début des années 2000, de
nom-breuses publications ont été faites au sujet de l'intérêt effectif de leur utilisation
pour l'apprentissage. Il est r ssorti de notre revue de litt 'rature dans le domaine, qu'il existe de nombreuses conclusions d'études reportant les aspects positifs et
négatifs de l utilisation des jeux sérieux pour l'apprentissage.
Bien qu'il ait été prouvé, sous certaines hypothèses, que l'utilisation de tels
jeux pour l'éducation stimule le plaisir, la motivation et l engagement du joueur, et peut également encourager le développement de nombreuses aptitudes sociales et facultés cognitives, des études montrent par ailleurs qu'une utilisation fréquente
des jeux vidéo peut aider à développer des tendances psycho-sociales négatives,
à créer une addiction ou même encore affecter la santé du joueur (l\1:itchell et
Savill-Smith, 2004).
Dans cette partie nous présentons les concepts reliés aux jeux pour l'éducation
en général et aux jeux sérieux en particulier. Nous présentons également une étude
de l'impact de tels jeux sur l'apprentissage, les éléments utilisés pour prouver leur
efficacité et des recommandations pour la conception d'un jeu éducatif efficace.
1.3
.
1
Concepts
r
e
li
és
a
ux j
e
u
x sér
i
e
u
x
Les jeux sérieux constituent un des produits issues du long processus en
cours visant à combiner divertissement et éducation dans les j ux (Breuer et
Ben te, 2010). Ils intègrent donc logiquement des concepts liés à l'apprentissage ou l'éducation, au divertissement, aux jeux ou à une combinaisons de plusieurs d
ces éléments.
par (Susi et al., 2007). Il s'agit du e-learning, de l'edutainment, de l'apprentissage
basé sur le jeu (game-based learning) et l'apprentissage à base de jeu numérique
(digital game-based learning).
Le e-learning se réfère à l'ensemble des moyens permettant l'apprentissage
par les moyens électroniques (fr.wikipedia.org 2
). Il s'agit très souvent de l'a p-prentissage à distance incluant l'utilisation des ordinateurs et des technologies interactives (Hodson et al., 2001).
L' edutainment, souvent associé aux jeux vidéo à contenu éducatif, se réfère à toute approche éducative présentant un aspect récréatif.
L'apprentissage basé sur le jeu fait référence à la cat 'gorie de jeux sérieux
dont l'application dans un domaine se base sur des résultats clairement définis (fr.wikipedia.org3
). Selon (Corti, 2006) assimile plus ou moins les jeux sérieux à l'apprentissage basé sur le jeu dont l'engagement, la motivation, le jeu de rôles et la répétabilité lui fournissent le potentiel d'améliorer de manière significative les activités de formation et l'esprit d'initiative.
L'apprentissage à base de jeu sur ordinateur est assimilable à l'apprentissage
basé sur 1 jeu, avec la particularité quïl est défini dans le cadre des jeux sur
ordinateur (Susi et al., 2007).
La figure 1.2, extraite de (Breuer et Bente, 2010), montre les relations entre
les jeux sérieux et des concepts similaires.
2. https :/ /fr.wikipedia.org/wiki/Forrnation_en_ligne - Accédé le 28-0 -2016
Figure 1.2: Relations entre jeux sérieux et concepts éducatifs similaires.
1.3.2
Imp
act
d
es
j
eux
sér
i
e
ux
s
ur
le
jou
e
ur
Les jeux vidéo sont devenu très populaires de nos jours. des études montrent que de nombreux jeunes, indépendamment du genre, passent une grande partie de leur temps de loisir à jouer à des jeux vidéo (Kirriemuir, 2002). De plus la plupart des plateformes technologiques actuelles remplissent les critères techniques requis pour pouvoir jouer de tels jeux téléphones mobiles inclus, ce qui les rend accessibles à ceux qui ne possèdent ni ordinateur, ni console de jeu, ni télévision interactive (Mitchell et Savill-Smith, 2004). Cette accessibilité accrue offrant de nouvelles possibilités pour le développement des jeux en général et des jeux sérieux en particulier, a conduit à des études approfondies sur l'impact de tels jeux sur le joueur. Cet impact, d après les résultats d'études, porte essentiellement sur les aspects physiologiques, psychosocial et comportemental (~tlitchell et Savill-Smith, 2004).
Il est également important de préciser que les points reportés dans la suite sont généralement relevés dans des cas d'utilisation fréquente ou abusive.
Sur le plan physiologique, il a été rapporté des cas de fatigue oculaire, mi-graines douleurs à la poitrine, fatigue, sauts d'humeur, cernes sous les yeux pour les cas de manque de sommeil, raideurs musculaires (Tazawa et Okada, 2001; Ta-zawa et al., 1 997). Des experts médicaux ont également soulevé des inquiétudes concernant les effets sur le métabolisme, les risques cardio-vasculaires ct les risques de tendinites ou d'entorses (Cleary et al., 2002; Dorman, 1997; Ernes, 1997). Cer-taines études ont même reporté des risques de crise d'épilepsie provoqu 'e par les effets strobos opiques contenus dans certaines séqu nees d'images dans 1 s jeux
vidéo (Ricci t Vigevano, 1999).
Sur le plan psychosocial, le résultat de l'étude de (Bosworth, 1995) reporte une forte tendance aux comportements à risque chez les joueur fréquents, d mArne qu'à la d 'pr ssion pour les plus dépendants.
Dans le rapport d'études présenté par (I'v1itchell et Savill-Smith, 2004), sont
également associés aux joueurs fr' quents les risques d'isolation sociale, d s ten-dances aux comportements antisociaux et des tendances aux paris, au vol t à la délinquance ch z les accros aux jeux financiers. Un point de ce rapport trait des effets n' gatifs que les jeux vidéos peuvent avoir sur l'estime de soi, notamment du fait que la valorisation de soi-même qu'on se fait en gagnant en aptitudes dans le
jeu peut faussement déteindre sur la réalité, ou pire encore servir de substitut à cette d rni' r si le joueur a des difficultés à y trouver ses repères.
Sur l plan comportem ntal il s agit essentiellement de l'impact d s jeux violents sur l s comportements sociaux du joueur. Nou ne nous y attarderons pas étant donné 1u l'on retrou tr' rarement un ni au -ritique de io]en · dans les jeux séri ux. De plus, les j ux sérieux encourag nt plutôt les comportements pro. ociaux au d'triment d la comp 'tition et de la viol nee comm c'e t le a dans un c rtain nombre de jeux récréatifs (Mitchell et Savill-Smith, 2004).
1.3.3
Pourquoi utilis
e
r
l
es
j
e
ux
sér
i
e
ux pour
l
'a
ppr
e
nti
ssage?
Tel que mentionné plus haut dans ce chapitre, les effets de certaines ca-ractéristiques des jeux informatiques sur la motivation et !,engagement du joueur a été mis en évidence par de nombreuses études. Les tables 1.2 et 1.3, extraits
de (Mitchell et Savill-Smith, 2004), résument de manière claire les éléments qui contribuent à la motivation et à l'engagement du joueur dans les jeux vidéo.
Tableau 1.2: Les éléments des jeux vidéo qui créent !,engagement du joueur.
Caractéristiques du jeu informatique Comment ces caractéristiques contribuent à Pe
n-gagement du joueur
Plaisir Jouissance et plaisir
Déro11lement du jeu Implication passionnée ct iutcnsc
Règles Structure
Buts Motivation
Interaction Action
Gain et f eclback Apprentissage
Aùa.pta.til>ilité Fluidité
Victoire Gra.tifica.tiou ùe 1 'ego
Conflit/compétition/défi et opposition Adrenaline
Résolution de problème Stimule la créati,·ité
Interaction Groupes sociaux
Tableau 1.3: Les éléments des jeux vidéos qui contribuent à la motivation.
Quels sont les indicateurs de la motivation? Travail iuùé}leudaut
Autonomie
Persistance
Qu'est ce qui génère de la motivation?
Que peut apporter la motivation?
Le plaisir dans l'apprentissage
Participation active
Feeùba.ck direct et iutriusèljue
OhjPct.ifs clifficilP.s rn::tis rP.alis::thles
Un wélauge dïncertitnde ct possibilités iufiuies
Collaboration
Construction commune de l'apprentissage
Compétition et coopération constructive
Opportunités égales
Sur quoi s'appui une motivation soutenue? Une version c!P. la. rP.alit.P.
Pertinence pour l'utilisateur
Rôles reconnaissables ct désirables pour ks joueurs
Quels problèmes peuvent entraîner la mati- La motivation peut conduire à l'obsession
vation? La motivation peut amener à brouiller les
frontières entre la réalité ct la fiction
La motivation peut conduire à l'égotisme
Même si le manque de données emp1nques nous empêche de l'affirmer de manière formelle, le potentiel des jeux informatique à enrichir le processus d
;ap-pr ntissage a 'té reconnu. Les jeux peuvent être un moyen de susciter 1 'intérêt ou améliorer restime de soi chez les apprenants qui en manquent (Klawe, 1994). Ils pourraient également jouer un rôle majeur dans l'éducation et la formation en réduisant cull::;idéra1Jlelllellt le::; Leli1(J::ï Ùe fun11atiull eL la clmrg,e Ùe travail Ùe::; fur-mateurs, ce qui entraînera une meilleure acquisition et rétention de connaissances (Ricci, 1994). En effet des on tenus reproduisant le contexte et les éléments de la formation pourront être mis à la disposition des apprenants de manière à ce qu'il
puissent procéder à des répétitions d'exercices de façon autonome et selon leurs dispositions.
Par ailleurs, et c'est ce qui a notamment motivé la conception de Prat'Sécuri-taires, les avancées dans le domaine de l'intelligence artificielle a suscité des ques-tions sur les possibilités d'intégrer les jeux informatiques dans des systèmes tuto-ri ls intelligents (Mehmood Khan, 2002).
Le point suivant de ce chapitre traite des conditions que doit remplir un jeu informatique pour qu'il puisse être intégré à un logiciel éducatif. Ces condition sont également valables pour un système tutoriel intelligent de type jeu sérieux.
1.3.4
Com1nent
co
nc
evo
ir un j
e
u
é
du
ca
tif de qualité?
Les éléments que nous présentons dans cette section sont tirés de (I'v1itchell et Savill-Smith, 2004), qui en se basant sur des résultats de recherche, ont dressé en quelques points une liste de recommandations pour la planification et la conception des jeux éducatifs. Nous résumons ici ces différents points :
Faire une conception pour des solutions d'apprentissage mixte
L'apprentissage mixte se réfère à un modèle d'apprentis age où le programme de formation de 1· apprenant combine à la fois des cours dispensés pc:1r des ensei-gnants et des cours via un système en ligne. La conception du jeu doit définir de manière pertinente le rôle de chaqu~ partie afin de faciliter l'apprentissage en of-frant des interactions utiles. Aussi, les enseignants doivent participer au processus de conception car ils sont en mesure d'identifier les lacunes des apprenant et aider à définir des objectifs et des stratégies visant à combler ces lacunes.
Mettre l'accent sur la structure plutôt que le contenu
Pour s'assurer d'offrir un système efficace pour l'apprentissage ou l 'enseigne-ment, les concepteurs doivent étudier les caractéristiques des jeux qui pourront aider les utilisateurs à atteindre les objectifs, car ce serait un atout d ·exploiter les principes et les gains d'apprentissage associés aux jeux informatiques au moment de la conception d'un jeu à des fins éducatives.
La table 1.4 ci-après, extrait de (Mitchell et Savill-Smith, 2004) présente les aspects des jeux qu'il serait intéressant d'intégrer à des logiciel éducatifs.
Tableau 1.4: Critères à remplir par un jeu pour être intégré à un logiciel éducatif.
Technologique Graphisme Sons Interaction Narratif OriginaJjté Intrigue CnriositP. Compcxité Fantaisie Personnel Logique l\1éinoire RPfkxP.s
r.nrup0t.PI1<·Ps PO mat.h0I1atirpJP~
Défi
Résolution de prol..JlèuJC Visualisation
Encourager la participation active
La participation active est essentielle en ce sens qu'elle permet au joueur
de comprendre et de s'approprier le jeu en se confrontant aux défis de ce dernier
(Fabricatore, 2000). Partant de la considération que l'apprentissage est soit inc i-dente!, soit intentionnel, l'un des défis de conception des jeux éducatifs serait de trouver le moyen d'appliquer l'apprentissage incidente! à une tâche intentionnelle
d'apprentissage (Mitchell et Savill-Smith, 2004).
Autant la motivation intrinsèque que extrinsèque peut entrer en ligne
de compte dans les jeux vidéo, et il a été établi qu'un degré élevé d'auto
-détermination - un facteur qui est lié à la motivation intrinsèque
-affecte la qualité de l'apprentissage. (VanDeventer et White, 2002)
(Mitchell et Savill-Smith, 2004) présente une liste exhaustive de dix-n uf
points (page 51) à prendre en compte dans la phase de conception d'un jeu infor -matique de qualité, pour faciliter l'apprentissage intrinsèque afin d'encourager la
participation active du joueur.
Répondre à la diversité
Il est important de considérer les différences concernant les apprenants et
les aspects spécifiques à la conception du cadre de jeu, au moment de la
concep-tion d'un jeu éducatif. La structure du jeu doit pouvoir offrir un grand nombre d'aptitudes et d'habiletés pour satisfaire aux besoins de l'utilisateur, qu'il soit un
Répondre au défi de l'évaluation dans un environnement ouvert
Une évaluation détaillée décrivant les différents niveaux de compétence de l'apprenant est considérée inadéquate pour les jeux informatiques car ces derniers
sont incapables d'associer cette évaluation au comportement du joueur de même qu'utiliser le processus d'évaluation pour déterminer les faiblesses du joueur et
adapter le processus d'apprentissage pour les corriger. Prat'Sécuritaires s'inscrit donc ici comme une solution car notre système fourni, grâce à son moteur STI, des
mécanismes d'évaluation de l'apprenant ainsi que l'adaptabilité nécessaire pour l'aider à corriger ses erreurs ou combler ses lacunes.
Contrer le potentiel impact négatif du jeu fréquent
Plus haut dans cette section nous avons exposé les potentiels effets négatifs des jeux informatiques sur les utilisateurs en présentant leur impact sur un joueur
fréquent ou abusif. Dans le souci de créer un jeu éducatif efficace et de qualité,
les choix de conception doivent être orientés par le besoin de minimiser chacun de
ces possibles effets non souhaités.
(Mitchell ct Savill-Smith, 2004) présente une liste de suggestions tirées de la
littérature , vi ant à aider à réduire le attributs négatifs associé à une utilisation
fréquente des jeux informatiques : aider le joueur à garder la séparation entre le
virtuel et le r 'el, considér r les effets d'une exposition fréquente à des contenus
violents, stimul r l "imagination du joueur en mettant à l'épreuve ses aptitudes
et sa créativité, valoriser de manière adéquate le gain immédiat aussi bien que la rétribution suite à un effort prolongé, offrir un multitude d possibilités en
